» » Технология способа Байера. Практика уральских заводов
03.12.2015

Поступающий на склад боксит после крупного и среднего дробления смешивают с небольшим объемом оборотного щелочного раствора (ж:т = 0,8:1,9) и направляют в мельницу мокрого размола. Такое низкое отношение ж:т в мельнице обеспечивает максимальную ее производительность. К диаспоровому бокситу добавляют 3—5 % извести. Мельницы обычно работают в замкнутом цикле с классификаторами, гидроциклонами. Пульпа из мельниц — «сырая» пульпа — собирается в сборниках, куда подают остальное количество оборотного раствора с Nа2Ок = 300 г/л. Здесь ее нагревают паром сепарации до 90—100 °С и выдерживают 4—8 часов при перемешивании для предварительного обескремнивания боксита, т. е. перевода большей части активного кремнезема из боксита в раствор:
Технология способа Байера. Практика уральских заводов

Этим достигается меньшее зарастание алюмосиликатной накипью трубок подогревателей, через которые пульпа проходит в автоклавы.
Далее «сырая» пульпа поршневыми насосами подается в систему подогревателей, где пульпа сепараторным паром (или «вареной» пульпой) нагревается до 140—160 °С. Такое ограничение нагрева пульпы связано с тем, что при более высокой температуре на внутренних поверхностях греющих трубок интенсифицируется процесс выделения осадков, содержащих соединения титана, хрома, кальция, фосфора, в результате чего существенно снижается теплопередача.
После нагрева «сырая» пульпа поступает в батарею автоклавов колонного типа для выщелачивания боксита по реакции (3.1). В первые два автоклава, называемые греющими, поступает перегретый пар с ТЭЦ (Рпар = 28—30 атм/2,8—3 МПа, t = 300 °С), нагревающий пульпу до 230—240 °С. В последующих реакционных автоклавах (8—10 шт.) батареи производится выдержка пульпы, в зависимости от типа боксита, в течение 1,5—2,5 часов. Автоклавы работают в режиме, близком к идеальному вытеснению. Продуктом выщелачивания является так называемая «вареная» пульпа: раствор алюмината натрия и нерастворимый остаток боксита — красный шлам.
Из последнего автоклава батареи «вареная» пульпа (Na2О = 290-295 г/л, Al2О3 = 250-270 г/л) перетекает в систему сепараторов (пароотделителей) последовательно — сначала в сепаратор I ступени, затем в сепаратор II ступени, где от самоиспарения «вареной» пульпы образуется пар — процесс дросселирования. Высокотемпературный пар сепаратора I ступени (Р = 2,25→0,6-07 МПа, t = 165-170 °С) используется для предварительного нагрева «сырой» пульпы в подогревателях перед автоклавным выщелачиванием, пар сепаратора II ступени (Р = 0,6-0,7→0,16-0,2 МПа, t = 125-130 °С) используется для подогрева «сырой» пульпы или нагрева промводы. (Для более эффективного использования тепловой энергии сепараторного пара рекомендуется использовать 3-, 4- и т. д. кратную сепарацию.)
Из последнего сепаратора пульпа поступает в мешалку «вареной» пульпы, где давление снижено до атмосферного, а температура — до 95-100 °С. Пар с агитатора используется для подогрева в полочном подогревателе барометрической воды до 90 °С, используемой при промывке красного шлама.
«Вареная» пульпа из агитатора насосом подается в мешалки для разбавления промывной водой с Nа2Ообщ = 45-50 г/л и αк = 1,7—1,8 до состава Na2Ообщ = 140-150 г/л, Аl2О3= 125-135 г/л, αк = 1,6—1,7 и μSi = 250-300 и далее на отделение и промывку красного шлама в систему 4-5 сгустителей, работающих по принципу противотока при t = 100-105 °С. Разбавление «вареной» пульпы осуществляют для уменьшения вязкости и дополнительного обескремнивания раствора. Процесс сгущения красного шлама очень медленный, обусловлен осаждением очень мелких частиц и наличием одноименных электрических зарядов на их поверхности. Для ускорения сгущения добавляются специальные вещества — коагулянты и/или флокулянты, которые обеспечивают укрупнение мелких частиц с образованием более крупных агрегатов. Промытый и сгущенный в последнем сгустителе красный шлам откачивается в отвал на шламовое поле; промывные воды используют для разбавления «вареной» пульпы. Железо из железосодержащих минералов боксита остается в шламе в виде гематита Fе2О3 или гидрогематита Fе2О3*nН2О. Кремний, содержащийся в боксите, в процессе выщелачивания переходит в раствор и в дальнейшем выделяется из него в виде нерастворимого гидроалюмосиликата натрия в красный шлам. В результате этого с ним теряются полезные компоненты Na2О и Аl2О3, поэтому по способу Байера могут перерабатываться бокситы с низким содержанием SiO2 и с высоким μSi ≥ 8.
Na2СО3 в растворе образуется за счет взаимодействия карбонатсодержащих минералов боксита (СаСО3, FеСО3). Таким образом, данные примеси являются вредными в технологическом процессе способа Байера, на их содержание существует ограничение. Пульпу после выщелачивания подвергают разбавлению промводой от промывки красного шлама. После отделения от раствора красный шлам направляют на промывку, а затем на шламовое поле, на хранение как техногенный продукт. Щелочно-алюминатный раствор направляют на декомпозицию для выделения из него гидроксида алюминия. При охлаждении алюминатного раствора в присутствии затравки происходит его гидролитическое разложение до каустического модуля 3,3—4,0. Маточный раствор после отделения от него гидроксида алюминия направляется на операцию упаривания до нужной концентрации каустической щелочи и затем вновь возвращается на операцию выщелачивания бокситового сырья. Таким образом, в способе Байера осуществляется замкнутый по щелочи цикл.
Алюминатный раствор (слив) из первого (основного) сгустителя с содержанием твердого 1—5 г-тв/л подается на контрольную фильтрацию для отделения взвеси шлама, полученный раствор должен содержать не более 0,01 г-тв/л. Чистый алюминатный раствор (Nа2Ообщ = 150-160 г/л, Al2О3 = 125-135, αк = 1,65-1,7, μSi = 250-300) охлаждается до 60-75 °С в теплообменниках и поступает вместе с затравочным гидроксидом алюминия на декомпозицию (разложение) в батарею декомпозеров; температура в «хвостовом» декомпозере — 47—55 °С.
Для ускорения процесса декомпозиции вводят свежеосажденные кристаллы гидроксида алюминия — затравочный гидроксид. Происходит разложение по реакции
Технология способа Байера. Практика уральских заводов

После декомпозиции по реакции (3.5) в течение 40—100 часов получается пульпа, состоящая из выпавшего в осадок гидроксида алюминия и маточного щелочного раствора. Пульпу направляют на сгущение, отделяется маточный раствор (слив), а сгущенный гидроксид алюминия после классификации по крупности (или без нее) делят на две части: одну часть (крупная фракция в случае классификации) тщательно отмывают от щелочи, фильтруют и отправляют на кальцинацию; другую часть (около 3/4 всего гидроксида) используют в качестве затравки. Иногда затравочный гидроксид также предварительно промывают, но не так тщательно, как товарный (для кальцинации).
Маточный алюминатный раствор с αк = 3,4—3,65 и Nа2Ообщ = 155—165 г/л и воду от промывки гидроксида (промводу) направляют на выпарку в вакуумные многокорпусные аппараты, чтобы удалить лишнюю воду и повысить концентрацию Na2ОК. Концентрацию Na2Ок в растворе повышают до 300 г/л. Поскольку растворимость соды уменьшается с повышением содержания каустической щелочи в растворе, то часть соды выпадает в виде моногидрата (Na2СО3*Н2О) по мере выпаривания маточного раствора. При установившемся процессе выпариванием выделяется столько же соды, сколько ее накапливается за весь процесс. Этим предотвращается накопление соды в растворе, и концентрация ее поддерживается в определенных пределах. Кроме того, кристаллы соды увлекают из раствора с собой органические соединения, удаляемые с оборотной содой, — происходит очистка раствора от органических веществ.
При работе предприятия только по способу Байера для уменьшения удельного расхода свежей каустической щелочи отделенную от оборотного раствора соду растворяют в воде для каустификации известковым молоком (раствор + взвесь Са (ОН)2) по реакции
Технология способа Байера. Практика уральских заводов

Получающийся при этом разбавленный раствор каустической щелочи упаривают вместе с маточным раствором или же в отдельных выпарных аппаратах.
К упаренному маточному раствору добавляют свежую едкую щелочь (гидроксид натрия — NaОН) для возмещения химических и механических потерь NaОН, и полученный оборотный раствор вновь направляют на выщелачивание новых порций боксита — схема Байера работает в замкнутом цикле по щелочи (см. рис. 3.3).
Готовый гидроксид алюминия Аl(ОН)3 прокаливают при температуре около 1200 °С во вращающихся барабанных печах или в печах «кипящего слоя» при температуре 1050 °С, топочные газы печей тщательно очищают от глинозема.
Процесс кальцинации можно описать выражением:
Технология способа Байера. Практика уральских заводов

Способ Байера — самый дешевый и распространенный в мире. Однако для его осуществления необходимо использовать высококачественные бокситы с относительно невысоким содержанием кремнезема — SiO2. Байеровский боксит должен иметь высокий кремневый модуль μSi ≥ 6-8 и не содержать больших количеств серы и СО2, которые осложняют переработку боксита по этому способу.
В настоящее время способ Байера — основной способ производства глинозема во всем мире.
Ниже представлена технологическая схема производства глинозема из бокситов по способу Байера (рис. 3.6).
Технология способа Байера. Практика уральских заводов